第一章电力系统分析的基本概念

1、电力系统分析机电工程学院：李响特点：特点：1. 电力系统分析课的地位- 主干课、专业基础课2. 本课程的特点“承前启后”电力系统稳态分析,东南大学,陈珩,高等教育出版社,2006电力系统计算,西安交大合编,水利电力出版社,1978电力系统稳态计算,华智明、岳湖山,重庆大学出版社,1991电力系统分析（第二版）,Hadi Saadat 著,王葵译,中国电力出版社,20083. 参考书目（稳态部分）4. 要求掌握过程的物理本质，熟练掌握一些基本工程计算掌握处理一些问题时的基本假设（可行性、必要性）对前导课程的及时复习记好笔记引子l 电力在我们的生活中扮演什么角色？l 对电力发展现状的了解？1.1

2、电力系统的组成和特点1.2 电力系统的电压等级和规定1.3 电力系统的接线方式1.4 电力线路的结构第1章 电力系统的基本概念小结电力系统：是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。 用用电电变变输输电电发发电电电电简单例子： 电力系统主体是三相交流电系统，其余一小部分为直流输电系统。 通常用一相表示三相来绘制电力系统。如：电力系统的基本元件： 发电机G： 变压器T： 输电线路L： 母线： 用电设备（最常见电动机M： 、照明： ）组成电力系统的所有元件：电力元件控制元件：产生电能：变换电能：输送分配电能：消费电能：GT L、电抗器R用电设备

3、（负荷）同步电机的励磁装置（调压）调速器、调频器（控频）（1）电能的生产 - 由发电机完成火电厂凝汽式火电厂热电厂供电供电、供热生产过程： 一次能源锅炉汽轮机发电机电能（二次能源）水电厂堤坝式引水式混合式坝后式河床式生产过程：水水轮机发电机电能坝后式水电厂坝后式水电厂河床式水电厂河床式水电厂b. 引水式水电厂不修堤坝，只由引水渠道形成发电水头。引水式水电厂引水式水电厂c. 混合式水电厂兼有堤坝式，引水式的特点d. 抽水蓄能电厂 利用深夜或丰水期剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游的水抽到高水位蓄水池内，再在需要时用来发电，作负荷调峰之用。视频2：三峡工程动画演示地址http:/ 反应堆汽轮

4、机发电机电能风力发电 太阳能发电潮汐、地热发电等2012年装机容量年装机容量2012年发电量年发电量电力工业发展的规划基本方针（2011）： 以转变电力发展方式为主线，以深化改革和科技创新为动力，坚持节约优先，优先开发水电，优化发展煤电，安全高效发展核电，积极推进新能源发电，适度发展天然气集中发电，因地制宜发展分布式发电，加快推进坚强智能电网建设，带动电力装备产业升级，促进绿色和谐发展。（2）电能的变换-变压器、换流装置整流器逆变器变压器种类双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器多绕组变压器（双卷变）（三卷变）（分裂变）换流装置（3）电能的输送和分配 -输电线路、电抗器架空线电缆电能（4）电能的消

5、费 -用电设备（电能转换）热能、光能、机械能、化学能2. 动力系统、电力系统与电力网络联系与区别（1）动力系统： 电力系统 + 动力部分动力部分火电厂：锅炉、汽轮机等水电厂：水库、水轮机核电厂：反应堆、汽轮机（2）电力网络:电力系统发电机用电设备变压器 + 输电线路=变换、输送分配电能较简单：电力网动力系统动力系统电力系统电力系统较复杂：a. 从研究、计算角度分类远距离高压输电（300km, 220kV）区域性电力网：负荷密度大、供电区域大 （110kV, 220kV)地方性电力网：负荷密度小、供电范围小 （35kV, 农村电网）b. 从电压高、低角度分类低压：中压：高压：超高压：U1kV1k

6、VU10kV10kVU330kV(3)电力网分类特高压：U1000kV330kVU750kV4. 电力系统的基本参量（1）总装机容量：所有发电机额定有功功率总和 （MW, GW）（2）年发电量：一年中所有发电机发出电能的总和 （MWh, GWh, TWh）（3）最高电压等级：系统中最高电压等级输电线路 的额定电压（kV）（4）额定频率：fN=50HZ（5）最大负荷：一定时间内（小时，天，月，年） 系统的最大有功负荷（MW,GW） 由中国电力企业联合会和美国环保协会共同编著完成的中国电力减排研究2012日前在北京发布。根据这份报告，2012年我国发电装机容量达到11.44亿千瓦，年发电量达到4.

7、96亿千瓦时，同时发电装机结构不断优化，以水电、核电、风电、太阳能等为主的清洁能源装机容量约占我国机组总装机容量的28.4。根据中国电力企业联合会统计分析，我国2011年全国6000千瓦级以上火电机组平均供电标准煤耗同比下降4克/千瓦时，2012年度再下降3克/千瓦时，达到326克/千瓦时，已接近“十二五”电力节能减排规划目标。2011年，我国电力烟尘排放总量155万吨，单位火电发电量烟尘排放量降至0.4克/千瓦时；二氧化硫排放量为913万吨，比上年下降1.4，火电二氧化硫排放绩效降至2.3克/千瓦时。新闻一： 2013年8月16日12时38分，河南电网用电负荷达到最大值4801万千瓦，今年以

8、来第五次创出历史新高。8月15日，日用电量达到10.1亿千瓦时，首次突破10亿大关；8月份上半月，河南全省18地市95598热线呼入电话量同比增长442.71%。 新闻二：二. 电力系统运行特点及要求1. 特点（1）电能的生产与消费具有同时性（3）电力系统的过渡过程非常短暂发出的电能 = 用电设备消耗的电能 + 损耗（2）电能与国民经济各部门和人民日常生活关系密切电力弹性系数E = 电力工业增长国民经济增长1.2克强指数：耗电量、铁路货运量和银行贷款发放量；三个指标里，用电量是一个影响经济走势的最重要指标。电能以光速传播，暂态过程短暂，自动装置要迅速而准确2. 运行要求（1）安全、可靠（保证可

9、靠持续供电）根据对供电可靠性要求不同将负荷分为三类：第一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故、设备损坏，将产生废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。一级负荷应由两个独立电源供电。第二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，将使人民生活受到影响等。二级负荷应由两个电源供电，即应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台(两台变压器不一定在同一变电所)。第三级负荷：所有不属于第一，第二级负荷的，如工厂的附属车间，小城镇等。对电源没有特殊要求。（2）优质（保证良好的电能质量）a. 电压：偏移量b. 频率：偏移量（3）经济（尽量减少煤耗、网损率）煤耗率是每生产1kwh的电能所耗的标

10、准煤量（含热量为29.31MJ/kg）（g/kwh)网损率是电网中损耗的电能与向该电网供应的电能的百分比方法：在各类电厂之间合理分配负荷；避免“弃水”现象，大力发展水电；高压超高压输电厂用电率是指发电厂自用电量占发电量的百分比c. 波形：畸变率（4）环保： 光伏、风力等清洁能源总之，保证可靠优质的前提下，尽量经济。发展方向：单一系统 联合系统电能质量包含：1.1 电力系统的组成和特点1.2 电力系统的电压等级和规定1.3 电力系统的接线方式1.4 电力线路的结构第1章 电力系统的基本概念小结一. 电力系统的电压等级1. 电力系统中的额定电压等级（1）出现不同电压等级的原因UIS3当输送功率一定

11、时，U越高，I越小，导线截面积越小，投资越小,损耗降低；但电压越高，对绝缘的要求越高，绝缘的投资越大。（2）不能出现过多电压等级的原因a.从电力系统的长远发展来看b.从产品制造系列性来看（3）我国目前的标准(额定)电压等级(线电压)如下表电力系统的额定电压等级电力系统的额定电压等级 分类分类电力网和电力网和用电设备额定电压用电设备额定电压发电机发电机额定电压额定电压电力变压器额定电压电力变压器额定电压一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组高压高压36103563110220330500 7503.156.310.513.8,15.75,18 3及及3.156及及6.310及及10.513.8,15.

12、75,183563110220330500 7503.15及及3.36.3及及6.610.5及及1138.569121242363550 8252. 各电压等级的使用范围1000kV、750kV：远距离输电，把几个大的区域电网连接成一个独立电网500kV、330kV、220kV:远距离输电，大系统主干线110kV：大系统的二次网络，中小系统主干线35kV：农网主体，城市中压网络主体10kV：城市中压配电网主体6kV、3kV：高压电动机多的大中型企业380V/220V：居民生活用电额定电压额定电压(kV)输送功率输送功率(kW)输送距离输送距离(km)0.38(架空线架空线)0.38(电缆线电缆

13、线)1001750.250.356(架空线架空线)6 (电缆线电缆线)10(架空线架空线)10 (电缆线电缆线)35 (架空线架空线)200200020002000300050002000100003108515102050110 (架空线架空线)220 (架空线架空线)100005000010000050000050150100300330 (架空线架空线)500 (架空线架空线)750 (架空线架空线)20000010000001000000150000020000002500000200600250850500以上以上(1)电力线路和用电设备的额定电压 +5%-5%AB2BANUUU 3

14、. 电力系统中各元件的额定电压的确定(2)发电机的额定电压 NGNUU05. 1 +5%-5%(3)变压器 一次侧（接电源侧）一般相当于用电设备：1TNNUU11.05TNGNNUUU特殊：直接与G连接 二次侧（接负荷侧）一般相当于发电机：特殊21.1TNNUU变压器漏抗小M21.05TNNUU直接与M连接例题1.1 1.1 电力系统接线图如图1.21.2所示，图中标明了各级电力线路的额定电压。试求发电机和变压器绕组的额定电压。解：发电机G G的额定电压为10.5kV10.5kV。 变压器T1:T1:低压侧额定电压为10.5kV,10.5kV,高压侧额定电压为242kV242kV； 变压器T2

15、:T2:高压侧额定电压为220kV220kV，中压侧额定电压为121kV 121kV ，低 压侧额定电压为38.5kV38.5kV； 变压器T3:T3:高压侧额定电压为110kV,110kV,低压侧额定电压为11kV11kV； 变压器T4:T4:高压侧额定电压为35kV35kV，低压侧额定电压为6.6kV6.6kV； 变压器T5:T5:高压侧额定电压为10.5kV,10.5kV,低压侧额定电压为3.15kV3.15kV。图图1.2 例例1.1的附图的附图 US%7.5 4. 平均额定电压（常用）电力系统中性点的接地方式（补充）一. 电力系统中性点的概念 系统中凡是“星”接的发电机、变压器的中性

16、点统称为“电力系统中性点”。二. 中性点的接地方式直接接地（110kV及以上）不直接接地（35/60kV及以下）不接地经消弧线圈接地35kV电网10kV电网 6kV电网中性点非直接接地电网(小接地电流系统) 中性点不接地电网 中性点经消弧线圈接地电网 中性点经电阻接地电网定义发电机变压器1绕组接线Y两绕组Y/三绕组Y/Y/2接地绝不110kV及以上接地110kV以下不接地或经消弧线圈接地中性点非直接接地系统（小接地电流系统）中发生单相接地时，由于故障点电流很小，三相之间的线电压仍然保持对称，一般允许再继续运行1-2h三、中性点不接地系统单相接地故障的特点简单网络设 ，对地电容为C0忽略负荷电流

17、和电容电流在线路阻抗上产生的电压降。ABCU= U= U= U 正常运行 、 、 三相对称AUBUCUAA0BB0CC0I= jwc UI= jwc UI= jwc U三相对称 单相接地故障设A相故障033AAk-j150BBkBAAj150CCkCAAUUUUUUUeUUUUUe0*3*3A-j60BAA00j240CCA00IIjwc UwcUeIjwc UwcUe故障点的相电压3-j90kBCA0k0IIIwc UeI= 3wc U 电压显示（kV）相别UAUBUCU0未接地?A相接地?以35kV电压等级为例：四. 各接地方式的特点1. 直接接地特点：单相接地短路时，故障相能形成短路回路

18、，故障相短路电流很大。这时应立即切除故障相，严重时三相全切。单相接地短路时，故障相电压为0，非故障相电压不变，仍为相压，不会出现过电压现象。装设自动重合闸，提高可靠性。2. 不接地特点：单相接地短路时，形成不了故障相短路回路，故障相电流不大，可继续运行12h。单相接地短路时，故障相电压为0，非故障相电压升高为线电压。 3. 经消弧线圈接地容性电流与感性电路的抵消作用-消弧！加装线圈的目的：避免短路点燃弧时间过长。I=IL+IC1)完全补偿缺点：线路上产生很高的谐振电压。实际上不采用IL=IC2) 欠补偿缺点：线路上也容易产生很高的谐振电压。一般也是不采用ILICP=(IL-IC)/IC1.1

19、电力系统的组成和特点1.2 电力系统的电压等级和规定1.3 电力系统的接线方式1.4 电力线路的结构第1章 电力系统的基本概念小结4. 电力系统接线方式（1）电力系统的接线图a.地理接线图（宏观）：各电厂、电站之间地理位置及线路走径b.电气接线图（微观）： 各电厂和电站中G、T、母线、输电线路等的电机、电气关系a、b结合使用表现整个电力系统（2）电力系统的接线方式 (a)放射式 (b) 干线式 (c)链式 (a)放射式 (b) 干线式 (c)链式(d)环网 (e)两端供电网 对电力网络接线方式的选择，要考虑以下几个方面： （2）应力求节约设备材料，减少投资与运行费用； （3）必须能灵活的适应各

20、种可能的运行方式； （4）应保证在各种运行方式下运行人员能安全的 操作。（1）必须保证用户供电的可靠性；1.1 电力系统的组成和特点1.2 电力系统的电压等级和规定1.3 电力系统的接线方式1.4 电力线路的结构第1章 电力系统的基本概念小结q 电能的输送是在输电线路上进行的。q 按结构可分为架空线路和电缆两类q 直流输电线路和交流输电线路避雷线导线绝缘子杆塔1、导线作用：传导电流，输送电能材料：铜、铝、钢型号：LJ35铝绞线,载流截面积35mm2 LGJ185钢芯铝绞线,载流截面积185mm2 LGJQ300 轻型钢芯铝绞线,载流截面积300mm2 LGJJ400加强型钢芯铝绞线,载流截面积400mm2 为防止电晕和减小线路感抗，220kV以上线路常采用 扩径导线、空心导线、分裂导线1.4.1架空线路的结构架空线路的结构图图1.7 导线的断面图导线的断面图 2 2、避雷线作用:保护导线不受直接雷击结构:常采用钢绞线、铝包钢线3 3、杆塔作用: :支持导线和避雷线，并使之保持一定的安全距离 分类 1）按所用材料分类 木杆、铁塔、钢筋混凝土杆 2）按用途分类 直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔 终端杆塔、换位杆塔图图1.10 导线与避雷线在杆塔上的排列导线与避雷线在杆塔上的排列(a)、(b) 、(c)三角形排列；三角形排列；(d)水平排列；水平